한국에너지기술연구원은 민경선 광주친환경에너지연구센터 박사팀이 산림, 농업 폐기물인 벌목 부산물, 칡덩굴, 버섯 폐배지를 화력발전소 연료로 사용 가능한 고체 바이오연료화하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
바이오매스는 목재, 임업 부산물을 파쇄·가공해 작은 펠릿(원통형)이나 칩 형태로 만들어 화력발전소 연료로 활용할 수 있다. 탄소중립을 실현할 수 있는 중요 원료다.
대부분 톱밥으로 만든 목재 펠릿을 수입해 사용하며, 가열·건조 기반 반탄화 공정으로 바이오연료를 만들고 있다. 그러나 이 방식은 300도 이상 고온이 필요하며 건조 과정에서 무기질(칼륨·나트륨)이 발생해 설비가 부식될 수 있다.
이에 연구진은 건조 방식 대신 증기를 이용한 습식 공정을 개발해 무기질 발생은 줄이고, 원료 열량 손실률도 낮췄다. 건식 반탄화 공정에 적용하기 어려워 폐기·방치했던 벌목 부산물, 칡덩굴, 버섯 폐배지까지 활용해 원료 다변화를 꾀했다.
개발 공정을 이용하면 기존 반탄화 공정보다 낮은 200도에 원료를 투입하고 15분가량 증기에 노출함으로써 화학적 결합을 낮추고 쉽게 분해 가능한 상태로 만들 수 있다. 이후 압력을 떨어뜨리면 원료가 더 작은 입자로 나뉘어 펠릿 모양으로 만들기 용이해진다.
작은 입자가 된 바이오매스는 화력발전소에 사용할 수 있도록 펠릿형으로 압축한다. 화학적 조성·온도·압력·지름·길이 압축비를 조합하면 효율적인 펠릿이 만들어진다.
생산 바이오연료 성분 분석 결과, 온도와 시간이 증가할수록 연소 효율을 저해하는 헤미셀룰로오스, 무기물 함량이 감소하는 것을 확인했다. 바이오연료 고위 발열량은 최대 22.0M/㎏, 에너지 회수율은 최대 95%까지 증가했다. 증기 기반 습식 공정이 폐 바이오매스 활용에 가장 효과적인 공정임을 입증했다.
민경선 박사는 “농업, 산림폐기물을 화력발전소에 혼합해 사용할 수 있는 연료로 만드는 이번 기술은 폐자원을 에너지원으로 업사이클링해 자원순환 체계를 구축하고 탄소중립 실현에 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
연구결과는 '바이오소스 테크놀로지'에 게재됐으며, 연구는 에너지연 기본사업과 광주광역시 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
